Einfžhrung i n die Astrophysik Teil 1

1.4. DIE METAGALAXIE 93
• FORMELN (DIE WICHTIGSTEN INDIKATOREN)
Hier zunächst eine Zusammenfassung aller besprochenen Indikatoren:
hellste Kugelsternhaufen MV = −9.8 (Reichweite bis 40 Mpc),
hellste H II Regionen MV = −12 (Reichweite bis 100 Mpc),
die Tully-Fisher Relation (W : mittlere Breite der 21-cm Radio Linie)
M = −3.5 − 6 log(W/ sin i) (1.119)
oder, mit L⋆ = 10 10 L⊙ und vc Rotationsgeschwindigkeit
vc = 220(L/L⋆) 0.22
die Faber-Jackson Relation (vc Rotationsgeschwindigkeit)
vc = 220(L/L⋆) 0.25
Supernovae (vom Typ Ia) mit MV = −20. (Reichweite bis 800 Mpc),
hellste Galaxien (ScI) MV = −23 (Reichweite bis 1 Gpc),
Gravitationslinse mit Lauzeitdifferenz,
der Sunyaev - Zeldovich Effekt.
km s −1 (1.120)
km s −1 (1.121)
Allen Indikatoren ist gemeinsam, daß sie die Leuchtkraft L als Entfernungsnormal für die Entfernung
D nach der Formel L = 4πD 2 f benutzen, wobei f der gemessene Fluß ist. Ein Fehler in der Entfernung
D eines Indikators pflanzt sich quadratisch für alle folgenden fort. Eventuelle Absorption oder
Rötung muß separat herauskorrigiert werden.
Wir können zwei verschiedene Skalen unterscheiden : die kurze (lokal), mit einer Basislänge von etwa
100 Mpc (Eichnormale: Virgo und Coma) und die weite (kosmologisch), mit einer Basislänge von
mehr als 1 Gpc (Eichnormale: Supernovae, Gravitationslinsen und Sunyaev - Zeldovich Effekt).
Die wichtigsten lokalen Eichnormale, die mit geometrischen Mitteln verifiziert sind, sind die Große
Maghellansche Wolke mit 50 kpc und die Andromeda Galaxie (M31) mit 770 kpc Entfernung.
Deshalb ist es wichtig, im nächsten Schritt (bis zum Coma Haufen) möglicht viele Objekte mit Überschneidungen
der einzelnen Intervalle zu haben. Ein grosses Manko war z. B. bisher, daß in den wichtigsten Eichnormalen
der Zwischenschritte, wie sie in der folgenden Tabelle aufgeführt sind, keine Supernovae (vom
Typ Ia) beobachtet wurden.
Was man mit diesen Indikatoren findet sind zunächst einmal Entfernung und Durchmesser der Objekte.
Man findet eine Hierarchie von Galaxienhaufen und sogar Haufen von Haufen, Superhaufen
genannt.
In der Tabelle ist D die Distanz in Mega Parsec (vom
Zentrum der Milchstraße aus gerechnet, bis zum Zentrum
des Galaxien-Haufens), L die optische Gesamtleuchtkraft
in Einheiten von L⋆ = 10 10 L⊙ (mit L⊙ = 3.9 · 10 33 erg
s −1 , Sonnenleuchtkraft) und R der Radius (bestimmt aus
Öffnungswinkel und Distanz D). Die letzte Spalte, v3, ist die
Fluchtgeschwindigkeit (mittlere Rotverschiebung der Galaxien
im Haufen) in Einheiten von 10 3 km s −1 .
Virgo und Coma sind die bereits besprochenen Eich-Haufen
(zum Vergleich). Für Hydra ergibt sich bereits 1/5 der Licht-
Name D L R v3
Mpc L⋆ Mpc km s −1
Virgo 19 120 1.07 1.2
Perseus 97 100 1.00 5.5
Coma 110 490 2.63 6.5
Centaurus 250 13.7
Ursa Major 270 71 1.31 15.0
Boötes 675 39.0
Hydra 1080 61.0
geschwindigkeit und die daraus bestimmte Hubble Konstan- Tab. 1.39: Galaxienhaufen
te hat den Wert 61 km s−1 Mpc−1 . Die Daten (und viele mehr) wurden von Alan Sandage und Gustav
Tammann gewonnen. Der Mittelwert der aus der Tabelle bestimmten Hubble Konstante hat sogar den
Wert von nur 50 km s−1 Mpc−1 , also 2h = 1.
Nimmt man die Entfernung (Rotverschiebung) als dritte Dimension mit hinzu (was außerordentlich
zeitaufwendig ist), dann löst sich das, was auf zweidimensionalen Bildern von Galaxien wie verstreutes
Salz auf einem Blatt Papier aussieht, auf in langgezogene Fäden (Spinnennetz) mit viel Dunkelraum
dazwischen. Superhaufen von Galaxien sind also weder kugelförmig (was etwa die Jeans Instabilität